“地球的圈層結構”內容詳析

劉紹春

一、知識構建

“地球的圈層結構”是自然地理中地球知識的一個基本組成部分，是地理學的一個重要內容。本節內容為第一章第四節（湘教版、人教版、中圖版；魯教版沒有編排專門的章節，但集中、詳細編排于第二章“從地球圈層看地理環境”中），本節是繼前面三節學習了地球的宇宙環境和地球自轉及公轉的地理意義后，繼續學習地球自身的特點，為后面章節地理環境的發生、發展、變化的學習打下基礎。了解地球的內外部結構其實質是了解人類生存和發展的基礎——自然環境，這一部分知識的學習對于人們認識自然、改造自然、培養學生愛科學學科學的興趣以及科學的探索精神等，都具有重要意義。

本節教材相應的課程標準是“說出地球的圈層結構，概括各圈層主要特點”，有顯性和隱性兩方面的要求。

（1）顯性要求從宏觀上了解地球的結構及特點。地球呈現出圈層結構，可以劃分出內部圈層和外部圈層。內部圈層包括地殼、地幔和地核，外部圈層包括大氣圈、水圈和生物圈。巖石圈是介于內部圈層和外部圈層之間的一個圈層，包括地殼和上地幔頂部，即軟流層之上的固體巖石部分。

（2）隱性要求了解自然環境的組成，是根本要求。本模塊的主題是“自然環境及其對人類活動的影響”，在學習了有關“宇宙中的地球”之后，面臨的一個基本問題就是“什么是自然環境”。“標準”以“宇宙環境——地球——自然環境”的認識思路，設計了在宏觀了解地球圈層結構的基礎上認識自然環境的組成，即在空間范圍上把自然環境放在地球圈層結構中認識。

上述知識的網絡構建如圖1（以湘教版、人教版為例）。

二、目標導航（以湘教版為例）

知識與技能：了解地球內部圈層的劃分、邊界及特征，地殼的組成元素及分布，地球的外部圈層結構；掌握地震波的傳播規律和地球內部圈層劃分的依據，地殼厚薄的分布規律，軟流層、巖石圈與地殼的位置關系，地球外部各圈層之間的關系；掌握地球各圈層與人類的密切關系。

過程與方法：通過閱讀材料、圖表，培養整理地理信息的能力；通過繪圖分析掌握地球內部與外部圈層結構，訓練讀圖用圖能力，培養地理思維能力、空間想象能力和綜合分析加工地理信息的能力；通過小組合作完成任務、培養合作意識及語言表達、交流能力。

情感、態度與價值觀：結合我國深空、深海、深陸探測計劃和地球圈層結構圖繪制，體驗地球結構的優美，激發探索地球奧秘的興趣和動機，培養科學的探索精神和辯證的思維觀、科學的認知態度和求真意識；通過探究地球內、外部結構及彼此間的關系，認識事物的普遍聯系性，培養整體觀念和正確的全球意識，進一步強化學生科學的人地觀和可持續發展觀；通過觀察圖像資料，培養審美能力，陶冶審美情操及熱愛地球環境的情感。

三、重難疑點

1.教學重點分析

從人地關系角度出發，本條“標準（說出地球的圈層結構，概括各圈層的主要特點）”的行為動詞為“說出”（要求較低），對于各圈層不要求展開深入了解，而應抓其主要特點及與人類活動關系密切的內容，從而確定出教學重點——地球內部圈層的劃分、界面、地殼厚度變化規律、外部圈層的劃分及各圈層與人類活動的關系。

2.教學難點剖析

由于本節內容的宏觀性（地球部分圈層如地幔、地核等，不可直接觀測），學生接觸不多；高一學生物理知識（如地震波知識）欠缺，要完全理解本節知識難度很大，依據教學內容、學情分析和課程標準，確定出教學難點——內部圈層的劃分依據；地幔及軟流層和巖石圈；外部圈層的界線。可通過簡圖和形象的比喻（如把地球看作一只“半熟的雞蛋”）來加深學生對地球內部圈層結構的理解。

3.教學疑點解析

巖石圈屬于地球的外部圈層還是內部圈層？大學教材和四種版本教材各有不同的敘述。

金祖孟、陳自悟編著的《地球概論》（第三版）P169頁在講述地球的外部結構時明確提到：“地球表面由巖石構成。它主要是巖漿巖，即從地內上升的熾熱巖漿冷凝而成的巖石。在巖漿巖上面，往往有一層較薄的沉積巖（一般不超過4～5 km）和更薄的土壤覆蓋層。地球的這一表層，包括巖漿巖、沉積巖和土壤覆蓋層在內，稱做巖石圈。地球的外部就是由巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈所組成的。”

人教版中巖石圈的敘述放在內部圈層講述，并在“圖1.27地球的內部圈層結構”中標出；但在敘述外部圈層時，這樣提到：“地球的外部圈層包括大氣圈、水圈、生物圈等”，并在“圖1.28地球外部圈層示意”中標出了巖石圈，這讓人疑惑不小。

湘教版和中圖版在敘述內部圈層的地幔時提到巖石圈，把它當作內部圈層的一部分來講解，中圖版的敘述是——“地殼和上地幔頂部（軟流層以上的上地幔），合稱巖石圈”。湘教版的敘述是——“地殼和上地幔頂部（軟流層以上）合在一起叫作巖石圈，平均厚度100～110千米。”但在“地球內部圈層結構示意圖”中都未標出。

魯教版教材在“圖2-1-2地球內部圈層結構示意”中并未標出巖石圈，但有這樣的敘述——“軟流層以上的地幔部分與地殼主要由巖石組成，構成了巖石圈”；并用“圖2-1-3巖石圈結構示意”來解釋。

由于地球外部圈層的劃分依據是地表物質的構成，是可以直接觀測和測量的；內部圈層是依據地震波來劃分的，是無法直接觀測的。因此，巖石圈是聯系外部圈層與內部圈層的紐帶。建議把巖石圈當作內部圈層與外部圈層之間的過渡圈層來處理更好！

四、教學建議

1.方法參考

（1）對比歸納法：對比歸納法是明確被比較的地理事物共同點（求同）和不同點（求異）的思維方法，有助于獲得新的地理知識及其系統化，具有直觀、形象作用，也是進行思想政治教育的有效方法。地震波（橫波、縱波），地球外部圈層、內部圈層等知識就可以充分利用對比歸納法，如內部圈層的兩個不連續面的對比歸納（詳見表1）。

（2）地圖分析法：地圖具有直觀性、地理方位性、抽象概括性、幾何精確性等特點，具有信息傳輸、信息載負、圖形模擬、圖形認識等基本功能，因此，地圖不僅是地理科學研究的重要手段，同時也是地理教學中一種極為重要的手段和方法。例如，通過觀察“地球內部圈層結構示意圖”，學生可以從界面、地震波波速變化等要素的讀取、分析過程中，更好地理解內部三大圈層的厚度、物質狀態等相關知識。

2.圖表使用

（1）地震波的傳播速度與地球內部圈層的劃分（圖2）。

*地震波有哪兩種傳播方式？其傳播有何規律？地震波如何幫助我們了解地球內部結構？

*地球內部圈層分為哪三層？其界面是什么？其距地表深度大概是多少千米？

依據對地震波的研究，地球內部由外向里共分為地殼、地幔、地核三個圈層，地震波分為橫波（在固體中傳播，傳播速度較慢）和縱波（在固、液中傳播，傳播速度較快），縱波的傳播速度高于橫波。界面（地震波波速發生突然變化的面）有兩個——莫霍界面和古登堡界面。

（2）地球的內部圈層結構（圖3）。

*何謂地殼？地殼的厚度變化規律是什么？其物質組成如何？地殼的結構特點有哪些？

地殼是地球表面以下、莫霍面以上的固體外殼，地震波在其中傳播的速度比較均勻。全球平均厚度17千米，大陸平均厚度33千米，海洋平均厚度6千米。厚度變化規律：海拔越高，地殼越厚；海拔越低，地殼越薄。組成物質為巖石，化學元素有90多種，其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、納、鉀、鎂含量居前8位，人稱“8大造巖元素”，氧幾乎占1/2，硅占1/4強。硅酸鹽類礦物在地殼中分布最廣。

地殼上層是硅鋁層，主要由比重較小的花崗巖類組成；下層是硅鎂層，主要由比重較大的玄武巖類組成。地殼厚度和物質組成各處并不相同。地殼厚度的不均和硅鋁層的不連續分布狀態，是地殼結構的主要特點：①水平方向上：地殼厚度不均（陸殼厚，洋殼薄）；②垂直方向上：硅鋁層不連續分布（大洋部分缺失）。大陸地殼為雙層結構，而大洋地殼以單層結構為主。地殼結構示意見圖4。

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*何謂地幔？地幔的結構如何？軟流層的位置如何？軟流層為何能夠通過橫波？

地幔是地球內部介于地殼和地核之間的圈層，其界面在距離地表2 900千米深處，其結構分上地幔和下地幔。上地幔具有固體特征，主要由含鐵、鎂的硅酸鹽類礦物組成。由地殼和上地幔頂部（軟流層以上）合在一起組成巖石圈。軟流層：位于上層地幔中，一般認為可能是巖漿的主要發源地之一。軟流層所在深度溫度、壓力極大，強大的壓力下，巖面處于一種潛在融熔態，就像燒紅的玻璃，既不是液態，又有可塑性，以巖漿形式噴出時，由于壓力減小，這種可塑性巖石轉化成液態，正因如此，所以軟流層能夠通過橫波。

*讀地殼、地幔、巖石圈、軟流層示意圖（圖5），從厚度、范圍和聯系等方面比較地殼與巖石圈。

在地面以下60～ 250千米之間，由于放射性元素大量集中，蛻變生熱，溫度很高，使巖石處于塑性狀態，局部地區發生熔融流動，該層在地質構造學說中稱為軟流層。軟流層與地面之間部分稱為巖石圈。巖石圈平均厚度為100～110千米，包括全部地殼和上地幔頂部（軟流層以上），巖石圈由力學性質一致的剛性體組成（表2）。

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*何謂地核？地核分為外核和內核的依據是什么？為什么地球的外核接近液體而內核為固體？

地核是地球的核心部分，即古登堡面（距離表面2 900千米以下）所包圍的球體。科學家推測，地核可能是極高溫度和高壓狀態下的鐵和鎳組成。根據地震波傳播速度不同，地核分成內核和外核，橫波不能夠在外核中傳播，則可推測外核呈液態或熔融狀態；橫波、縱波都可以在內核傳播，內核呈固態，理由有二：一是縱波在5 000千米深處，傳播速度明顯增加，說明可能由液態轉為固態；二是圖2（地震波的傳播速度圖）上未表現出的是，橫波在5 000千米以下由縱波轉化而成，比較微弱，進一步證明內核是固態。

（3）地球外部圈層示意圖（圖6）。

*地球的外部圈層有哪些？試從概念、組成等方面對各個外部圈層進行比較。

地球的最外層是巖石圈，也是人類生存活動的直接場所。它由巖漿巖、沉積巖、變質巖和土壤覆蓋層組成。巖石圈的表面大部分被海洋覆蓋。陸地的低洼部分也往往分布有湖泊和河流。在寒冷地區，水積聚成冰川。此外，在地表以下一定的深度也有水，稱為地下水。所有這些不同狀態的水就構成了水圈。在巖石圈和水圈外面，整個地球被大氣所包圍，大氣的主要成分是氮氣和氧氣，這個圈層叫大氣圈。大氣圈是地球最外部的圈層，也是從地面到行星空間的過渡圈層。巖石圈、水圈和大氣圈，既彼此分離和獨立，又互相滲透和作用。這樣，地球上就出現了既有礦物質，又有空氣和水分的地帶，加上適宜的溫度條件，這就構成了生物衍生的地帶，叫做生物圈，它包括巖石圈的上部，大氣圈的底部和水圈的全部，是地球上一個獨立的圈層——人類生存活動的空間。

3.活動指導

（1）雞蛋結構類似于地球內部結構。將雞蛋煮到半熟，然后切開，仔細觀察其中的物質形態，如果把這只半熟的雞蛋比作地球，則蛋殼、蛋白、蛋黃就分別相當于地球的地殼、地幔和地核三部分。繼續觀察，“半熟”雞蛋蛋白中存在的少量蛋白漿可以表示地球內部的軟流層，蛋殼與蛋白之間的膜合起來又可以表示巖石圈（地殼和上地幔頂部）。

（2）繪制地球圈層結構示意圖，學生之間相互交流。如果有可能，請學生把作品帶給家人或低年級學生欣賞，向他們介紹地球的圈層結構，并力求使自己的講解嚴謹科學，形象生動，且富有特色。繪制地球圈層結構示意圖，此活動的設置目的在于鼓勵大家用多種形式和手段來繪制地球圈層結構，以充分發揮大家的想象力。同時通過繪圖，搭建地球的整個內外框架結構，建立地理空間概念，將所學知識形象化、條理化。

（3）收集相關資料。為了培養學生獲取地理信息的能力，拓展學生的知識面，并讓學生了解科學探究地球結構的新進展，讓學生課后在圖書館或互聯網收集有關地球各圈層與人類活動關系的材料。

五、思考與練習

（1）在莫霍面和古登堡面，地震波波速的突然變化說明了什么問題？推測地幔和地核的物質狀態可能是什么？想一想，還能通過哪些渠道或方法獲取地球內部的信息？

說明了物質狀態發生了變化，在莫霍面以下（地幔）P、S波都能通過，物質狀態可能是固態；在古登堡面以下（地核），S波消失，物質狀態可能是液態。

渠道或方法有：①改進深部鉆探技術，結合相關方面的科學設想；②根據火山噴發的物質，獲取地球內部物質組成的相關信息；③由地表的溫泉、熱泉可知地球內部有豐富的地熱資源；④地球物理遙感探測技術；⑤其它的方法。

（2）地理學家認為，人類生活的地球表層是巖石圈、大氣圈、生物圈、水圈等共同作用的界面，具有三個特點：第一，它是一個開放的系統，與系統外的宇宙空間和地球內部始終保持著物質和能量聯系；第二，它是一個不均一的層面，存在明顯的地域分異；第三，它在不斷地變化。請根據這段話回答下列問題：①你是如何理解上述觀點的？試選擇其中的一點加以解釋。②要真正認識人類生活的地球表層，需要了解哪些方面的知識，把它們列出來，提交給地理教師。

問題對課文內容有一定的拓展，這兩個問題其實是起承上啟下的作用，不要求學生此時就能完全回答。

明確這些圈層之間相互聯系、相互制約，形成人類賴以生存的自然環境即可。

需要了解的知識舉例：水（海水、水循環）的能量是從哪里來的？火山、地震的能量是從哪里來的？地形是如何改變的？風是怎樣形成的？氣候是如何分類的？如何預報天氣？巖石圈、大氣圈、生物圈、水圈之間有什么關系？地球是如何演化的。